Zellen erinnern sich

Protein-Pärchen machen es möglich

Auch einzelne Zellen sind fähig, sich an Informationen zu erinnern, wenn ihre Proteine ihnen dazu den Befehl erteilen. Forscher am Biozentrum der Universität Basel haben herausgefunden, dass sich Proteine zu Pärchen verbinden und so das Signal zur Speicherung von Informationen im Zellgedächtnis geben.

Zellen mit Proteinpaaren speichern langfristig Informationen (blau). Zellen mit nur einzelnen Proteinen speichern keine Informationen (rot und hellblau). (Bild: Universität Basel, Biozentrum)

Wie unser Gehirn haben auch einzelne Zellen eine Art Gedächtnis, mit dem sie Informationen speichern können. Damit dies tatsächlich gelingt, brauchen die Zellen eine positive Rückkopplung durch ihre Proteine. Die Forschungsgruppe von Attila Becskei am Biozentrum der Universität Basel hat nun herausgefunden, dass sich die Proteine dazu zu Paaren zusammenfinden müssen.

Zellgedächtnis funktioniert nur mit Protein-Pärchen
Die Rückkopplung durch Proteinpärchen funktioniert dabei nur unter ganz bestimmten Bedingungen: „Die Proteine müssen in der richtigen Konzentration vorliegen, damit sie sich paarweise miteinander verbinden“, so Attila Becskei. Sind zu wenig Proteine im Spiel, finden sich keine Paare und die Zelle speichert keine Informationen. Doch auch wenn die Konzentration der Proteine zu hoch ist, klappt es mit der Partnersuche nicht. „Es ist ähnlich wie bei uns Menschen. In Großstädten, in denen es nur so von Menschen wimmelt, ist die Partnersuche schwierig. Doch auch wenn man einsam auf dem Land lebt, findet sich nicht so schnell ein Partner. Auch wir müssen also zur richtigen Zeit am richtigen Ort sein“, so Becskei.

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Erst die Protein-Pärchen geben der Zelle das Signal, Informationen im Gedächtnis zu speichern. So ist die Zelle empfindlicher für bekannte Reize aus der Umwelt und kann zukünftig schneller auf diese reagieren.

Protein im Doppelpack auch wichtig für Zellreifung
Die richtige Rückkopplung durch Protein-Pärchen benötigt die Zelle nicht nur, um sich an Informationen zu erinnern, sondern auch für die Zellteilung und Zelldifferenzierung – der Bildung spezialisierter Zellen. Denn das Wissen um die Funktionsweise solcher Feedbackloops gibt auch Aufschluss darüber, wie man das Gedächtnis von Zellen wieder löschen kann. Dies ist zum Beispiel die Voraussetzung dafür, dass man spezialisierte Zellen, wie eine Hautzelle, in eine Stammzelle zurückverwandeln kann.

„Damit sie wieder zu einer unspezialisierten Zelle wird, muss sie zunächst vergessen, dass sie eine Hautzelle war“, so Becskei. „Um solche Prozesse besser steuern zu können, möchten wir nun mit den von uns entwickelten mathematischen Modellen untersuchen, welche anderen Feedbackloops dazu beitragen, dass sich Zellen erinnern.“

Originalbeitrag:
Chieh Hsu, Vincent Jaquet, Mumun Gencoglu & Attila Becskei: Protein dimerization generates bistability in positive feedback loops. Cell Reports (2016), DOI: 10.1016/j.celrep.2016.06.072.

Weitere Auskünfte:
Prof. Dr. Attila Becskei
Universität Basel, Biozentrum
E-Mail: attila.becskei@unibas.ch

Heike Sacher
Universität Basel, Kommunikation Biozentrum
E-Mail: heike.sacher@unibas.ch

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